液压支架自动跟机控制系统的研究

液压支架自动跟机控制系统的研究
薄炜杰
【摘要】根据井下综采作业特点及液压支架和采煤机站位关系状态,提出了一种液压支架自主跟机决策系统.该系统一方面在200m时信号的延时仅约0.2 s,可极大地提升信息传递的及时性;另一方面能够实现根据采煤机的位置自动调整液压支架的站住及支护状态,可极大地提升煤矿井下综采作业的智能化水平.
【期刊名称】《机械管理开发》
【年(卷),期】2019(034)004
【总页数】2页(P231-232)
【关键词】液压支架;自主跟机;决策系统;自动化
【作者】薄炜杰
【作者单位】西山煤电(集团)有限责任公司总调度室, 山西太原030053
【正文语种】中文
【中图分类】TD355.4
引言
随着采煤机、刮板输送机、液压支架等具有高度自动化的综采设备不断投入使用，井下的综采作业效率得到了极大的提升，但随着采煤机掘进的不断深入，需要频繁地对液压支架的支护位置进行移动，以确保巷道内综采作业的安全，目前主要通过人工对其站位进行选定并执行液压支架的收撤、移动作业，工作劳动强度大、效率
低，严重影响了煤矿井下综采作业的进行[1]。

因此本文提出了一种液压支架自主跟机决策系统，能够根据采煤机的位置自主判断是否需要移架、移架的距离、支护状态等，实现井下综采设备的联动运行，不仅极大地降低对作业人员的需求，而且大幅提高了综采作业的安全性的综采效率。

1 液压支架自主跟机原理
在煤矿井下综采作业过程中，随着采煤机综采作业的进行，采煤机前方的液压支架需要根据采煤机的移动不断地收回护帮板，便于采煤机的正常通行，采煤机后侧的液压支架则根据采煤机的相对位置分别完成降架、移架及升架的动作，当液压支架完成移架的动作之后，通过支架上的推移油缸推动刮板输送机的中位槽移动到巷道的下一个截割位置，然后液压支架再伸出护帮板，确保对井下巷道的可靠支护，液压支架的跟机过程如图1所示[2]，图中x0表示采煤机的位置圆心，且以x轴的正方向表示工作时采煤机的移位方向。

由图1可知，液压支架的自主跟机中，整个动作过程可分为移架、推溜及收放护帮板。

其中移架又包括了液压支架的降柱、移动和升柱，在液压支架完成降柱后推动移架千斤顶实现移架，在移架后完成升柱的动作，并进行支护巷道的顶板。

此时处在移架阶段的液压支架的数量用N1表示，第一个要进行移架作业的支架编号用Δx1表示。

图1 液压支架自主跟机原理示意图
由于刮板输送机在进行移动时，不能连续运动，只能逐渐地推移，此时处于推移状态的液压支架的位移曲线将呈“S”状，在该区域内的液压支架数量用N2表示，第一个要进行推移作业的支架编号用Δx2表示。

液压在采煤机移位后，位移采煤机前方和后方的液压支架要分别进行收回护帮板和伸出护帮板的作业，此时将第一个要收回护帮板的液压支架编号用Δx3表示，回收护帮板的液压支架数量表示为N3，伸出护帮板的液压支架数量表示为N4。

2 液压支架自主跟机控制系统的结构
液压支架的自主跟机控制系统是该决策系统的核心，用于对液压支架的动作进行控制，其结构如图2 所示[3]。

图2 液压支架自主跟机控制系统结构示意图
由图2可知，该控制系统主要包括数据采集、数据处理、通信模块及驱动模块等。

由于传统的总线通信技术在超过200 m时其信号传输的延时能达到4 s以上，无
法满足液压支架跟机自动控制系统对信息传输精确性和及时性的要求，因此该自主跟机决策控制系统采用了监测与控制分离的信号控制结构，将视频信号、状态参数等利用Ethernet系统传输，而将控制指令等通过Powerlink系统进行传输，同时利用MCU（微控制单元）[4]对比结果通信系统进行统一管理，其在200 m时信
号的延时仅约0.2 s，极大地提升了信息传递的及时性。

3 液压支架的自主跟机调控方案研究
在该控制系统中，首先利用红外视觉感应装置对采煤机的位置进行判断，然后系统自主跟机结构模型判断出液压支架和采煤机的相对位置，进而由决策系统决定液压支架该进行何种操作，其决策流程如图3所示。

由图3可知，当液压支架处于编号为Δx3～（Δx3+N3）的位置时，采煤机前方
的液压支架护帮板处于打开状态，为了避免采煤机的截割滚筒截割到护帮板，则此区域内的液压支架根据采煤机的移动速度逐一进行护帮板的回收作业。

当液压支架处于编号为（Δx1-N2）～Δx1的位置时，说明采煤机已经完成了该区域的综采作业，因此为了确保顶板支护的可靠性，需要及时将液压支架的护帮板放下来，避免发生落顶等事故，并在该区域内完成降柱、移动和升柱作业。

当液压支架处于编号为（Δx2-N2）～Δx2的位置时，需要由液压支架将刮板输送机的中部槽推到下一个工作位置，此时会形成一个“S”区域，并在该区域内执行推溜作业。

当液压支架处于编号为（Δx1-N4）～Δx1的位置时，控制液压支架完成伸出护帮板的动作，
防止截割断面的垮塌。

图3 液压支架自主跟机决策流程示意图
4 结论
1）该决策控制系统将视频信号、状态参数等利用Ethernet系统传输，而将控制
指令等通过Powerlink系统进行传输，同时利用MCU（微控制单元）对比结果通信系统进行统一管理，其在200 m时信号的延时仅约0.2 s，极大地提升了信息传递的及时性；
2）该系统以液压支架和采煤机的相对位置关系作为控制液压支架不同动作的基础，在实际应用中具有控制逻辑简单、可靠性高、稳定性好的优点。

参考文献
【相关文献】
[1] 毛昌明，寇子明，许广芳.基于并联机构的液压支架立柱的工作过程分析[J].煤矿机械，2005（3）：32-34．
[2] 杨海，李威，罗成名，等.基于捷联惯导的采煤机定位定姿技术实验研究[J].煤炭学报，2014，
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[3] 李昂，郝尚清，王世博，等.基于SINS/轴编码器组合的采煤机定位方法与试验研究[J].煤炭科学技术，2016，44（4）：95-100．
[4] 罗成名，李威，樊启高，等.移动无线传感器网络下的采煤机定位精度[J].中南大学学报（自然科学版），2014，45（2）：428-434．。